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Kraftmaschine für flüssige Luft Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenkraftmaschinen,
welche die in flüssiger Luft gebundene Energie ausnutzen und bei denen die flüssige
Luft im Maschinenzylinder während des ganzen Ausdehnungshubes verdampft.
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Die Erfindung bezweckt, eine möglichst verlustfreie Ausnutzung der
zur Verfügung stehenden Energie zu gewährleisten. Sie besteht darin, daß die an
sich bekannte Anordnung einer Verdampfungsanlage im toten Raume des Zylinders dahin
verbessert wird, daß deren Oberfläche entsprechend dem Fortschreiten der Expansion
in zunehmendem Maße in unmittelbare Berührung mit der Betriebsluft gelangt.
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In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen der Kraftmaschine
dargestellt. Abb. i zeigt den lotrechten Schnitt durch einen Zylinder einer Maschine
nach der ersten Ausführungsform und Abb.2 einen lotrechten Schnitt durch den Zylinder
einer Maschine nach der zweiten Ausführungsform.
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Die Kraftmaschine nach der ersten Ausführungsform besteht aus einem
Zylinder i, in dem in bekannter Weise ein mittels einer Kolbenstange 3 auf die Kurbelwelle
wirkender Kolben 2 geführt ist. Der Kolben 2 besitzt auf der Druckseite eine konische
Randverdickung 2', auf die sich die als Kolbendichtung dienende Bleiplatte 5 und
eine über diese gelegte Ledermanschette 6 stützen. Die Bleiplatte 5 und die Ledermanschette
6 sind durch einen in der Mitte des Kolbens 2 vorgesehenen Ansatz 7 gegen seitliche
Verschiebung wie auch durch einen auf diesen geschobenen Ring 8 gegen Abheben gesichert.
Der tote Raum 9 nimmt etwa die halbe Länge des Zylinders i ein und ist, sobald der
Kolben 2 den oberen Totpunkt - was etwa der gezeichneten Stellung in Abb. i entspricht
- erreicht hat, vollkommen mit Wasser gefüllt. Im toten Raume 9 ist ein Röhrenbündel
io untergebracht, in dem mit Hilfe eines Zuflußrohres i i und eines Abflußrohres
12 ständig Wasser kreist. Die Zuleitung der =flüssigen Luft zur Maschine erfolgt
durch ein in ein Wärmeschutzmittel 13 gebettetes Speiserohr 14, das über der mit
dem toten Raum 9 in Verbindung stehenden Kammer 15 des Zylinderdeckels 16 einen
kegelstumpfförmigen Stutzen 17 aufweist. Die im Boden des Stutzen 17 vorgesehene
Einlaßö-f"tnung ist durch ein Ventil 18 abgeschlossen, dessen Spindel i9 unmittelbar
mit dem Kolbenansatz 7 zusammenwirkt. In den Stutzen 17 mündet unmittelbar unter
dessen oberen Rand die Druckleitung 20 einer Wasserpumpe 21, deren in gleicher Weise
wie der Kolben 2 abgedichteter Kolben 2i' durch eine am Pumpengehäuse und der Kolbenstange
22 angreifende Feder 23 in der unteren Totpunktlage - was dem Ende des Saughubes
entspricht - gehalten
wird. Die Kolbenstange 22 wird bei jeder Umdrehung
der Kurbelwelle einmal durch einen auf dieser befestigten Nocken gehoben, wodurch
das im Pumpengehäuse befindliche und der Saugleitung 25 entnommene Wasser über die
Druckleitung 2o in den Stutzen 17
befördert wird. Die verbrauchten Gase verlassen
den Zylinder i durch das am Grunde einer mit dem toten Raum in Verbindung stehenden
Kammer 26 vorgesehene Auslaßventil 27, dessen Spindel 28 durch einen Nokken
der Kurbelwelle bewegt wird. Zwecks Regelung der über dem Kolben 2 befindlichen
Wassersäule ist der tote Raum 9 an seiner tiefsten Stelle mit einem Wasserbehälter
30 derart verbunden, daß die Verbindungsleitung 31 in der halben Höhe des Wasserbehälters
30 einmündet. Im Innern des Wasserbehälters 30 ist ein doppelarmiger Hebel
33 schwingbar gelagert, der einerseits einen Schwimmkörper 34. trägt, anderseits
an der Spindel 32 des Abschlußventils 35 für die Zuflußleitung 36 angreift. Der
Wasserbehälter 30 ist vorteilhaft noch durch eine Ausgleichsleitung 37 mit
dem toten Raum 9 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Wenn der Kolben 2 (Abb.
r) den oberen Totpunkt erreicht, hebt sein Ansatz 7 die Spindel des Ventils 18 an,
wodurch zuerst das im Stutzen 17 angesammelte Wasser und dann eine bestimmte
Menge der bereits durch vorgeschaltete Wärmeaustauschgefäße vorgeheizten Betriebsluft
durch die Kammer i 5 in den toten Raum 9 gelangt. Die Betriebsluft übt auf das im
toten Raum 9 befindliche Wasser einen Druck aus, der einerseits den Abwärtsgang
des Kolbens 2 bewirkt, anderseits die Ledermanschette 6 und die Bleiplatte 5 gegen
die Zylinderwand preßt, wodurch eine gute Abdichtung trotz geringem Bewegungswiderstand
erzielt wird. Sobald der Ansatz 7 des Kolbens 2 die Spindel i9 freigibt, schließt
sich das Einlaßventil 18. In diesem Augenblick: führt auch die Wasserpumpe 2,1,
durch den Nocken der Kurbelwelle bewegt, ihren Druckhub aus und füllt den Stutzen
17 zwecks luftdichten Abschlusses des Ventils 18 mit Wasser. Die über dem Kolben
:2 befindliche Wassersäule heizt im Verein mit dem Wasser des Röhrenbündels io,
welches bei der fortschreitenden Abwärtsbewegung des Kolbens in unmittelbare Berührung
mit der Betriebsluft gelangt, diese fortgesetzt bis zum Ende des Ausdehnungshubes
an. Hierdurch ist eine weitgehende Ausnutzung der der Betriebsluft innewohnenden
Energie gewährleistet. Die Kolbengeschwindigkeit ist zu gering, um eine vollkommene
Nachheizung der Betriebsluft zu ermöglichen. Wenn der Kolben :2 den unteren Totpunkt
erreicht, wird das Ventil 27 geÖffnet. Die Kammer 26 des Auslaßventils 27 war aber
vom vorhergegangenen Arbeitshub zwecks Abdichtung des Ventils mit Wasser gefüllt,
das nunmehr vor Entweichen der Betriebsluft ausfließt. In der Tiefstlage des Kolbens
2 regelt sich auch selbsttätig die Höhe der über dem Kolben 2 befindlichen Wassersäule.
In diesem Augenblick liegt nämlich der Wasserspiegel ungefähr in der Höhe des Schwimmkörpers
3q., der bei zu geringem Wasserstand das Speiseventil 35 so lange öffnet,
bis ein Ausgleich geschaffen ist. Die Schließung des Auslaßventils 27 erfolgt unmittelbar
vor Erreichung des oberen Totpunktes, worauf auch wieder ein Teil des über dem Kolben
2 befindlichen Wassers in die Kammer 26 dringt.
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In Abb.2 ist eine vereinfachte Ausführungsform der Kraftmaschine dargestellt,
bei der die vollständige Verdampfung der flüssigen Luft unmittelbar im toten Raum
des Zylinders stattfindet. Die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden
Teile der Maschine sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zuführung der
Betriebsluft erfolgt durch das an der untersten Stelle des toten Raumes 9 in diesen
mündende Speiserohr 52, das ebenfalls durch' Isoliermaterial 53 gegen Wärmeverlust
geschützt ist. An die Mündung des Speiserohres 52 schließt eine Pfanne 54 an, durch
deren Austrittsöffnungen 55 die flüssige= Luft in den toten Raum 9 tritt. Infolge
_ des geringen spezifischen Gewichtes steigt die flüssige Luft durch das im toten
Raum 9 befindliche Wasser entlang dem Röhrenbündel io auf und übt durch seine Verdampfung
eine treibende Kraft auf den Kolben 2 aus. Die Steuerung des Einlasses erfolgt durch
ein von der Kurbelwelle gesteuertes Einlaßventil.